DE112012002578T5 - Pyrolysis of biomass in the production of biofuels - Google Patents
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Abstract
Herstellung eines Biokraftstoffs aus einem Rohmaterial, das ein festes Biomassematerial, wie Lemna, umfasst. Wasserpflanzen, wie vorverarbeitetes Lemna oder ganzes Lemna, dienen als eine ergiebige Quelle für Lipide, Kohlehydrate, Proteinrückstände, Cellulose und andere organische Materialien, die das Potential besitzen, in Kohlenwasserstoff umgewandelt zu werden. Ein Kohlenwasserstoff-Rohstoff wird dem Verkokungsverfahren zugeführt, und die Reaktionsprodukte, die in dem Wärmeverfahren erzeugt wurden, werden gesammelt. Ein Koksprodukt hat eine isotrope Struktur.Manufacture of a biofuel from a raw material that includes a solid biomass material such as Lemna. Aquatic plants, such as pre-processed Lemna or whole Lemna, serve as a rich source of lipids, carbohydrates, protein residues, cellulose and other organic materials that have the potential to be converted to hydrocarbons. A hydrocarbon feedstock is fed to the coking process and the reaction products generated in the heating process are collected. A coke product has an isotropic structure.
Description
QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS-REFERENCES TO RELATED APPLICATIONS
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil unter 35 U.S.C. § 119(e) der U.S.-Provisionalanmeldung mit der Seriennummer 61/500,250, eingereicht am 23 Juni 20111, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit, also ob hierin vollständig dargelegt, mit eingeschlossen ist.This application claims the benefit of 35 U.S.C. Section 119 (e) of U.S. Provisional Application Serial No. 61 / 500,250, filed Jun. 23, 20111, which is incorporated herein by reference in its entirety, that is, as fully set forth herein.
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft die Herstellung einer Biokraftstoffzusammensetzung aus einem Rohstoff, der ein festes Biomassematerial einschließt.The invention relates to the production of a biofuel composition from a raw material including a solid biomass material.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Steigende Kosten und drohende Verknappungen und Lieferunterbrechungen haben unlängst den Bedarf an Kraftstoffquellen als Alternative zu Erdöl-basierten Produkten unterstrichen.Rising costs and impending shortages and supply disruptions have recently highlighted the need for fuel sources as an alternative to petroleum-based products.
Die vorliegende Erfindung präsentiert ein Verfahren zur Herstellung von Biokraftstoffen in einer Raffinerie-Wärmeverarbeitungseinheit durch die Mitverarbeitung von Biomasse zusammen mit Destillaten und Rückständen aus einem traditionellen Raffinierverfahren.The present invention presents a process for producing biofuels in a refinery heat processing unit by co-processing biomass along with distillates and residues from a traditional refining process.
Im Zusammenhang mit der Herstellung von Kraftstoffen aus einer Vielzahl von nachwachsenden Rohstoffen gibt es Probleme, und zwar die gewünschten Eigenschaften eines bestimmten Kraftstoffs zu erzielen. Demnach ist ein Verfahren erwünscht, wobei erneuerbare Rohstoffe wirksam verwendet werden können, um hochqualitative Kraftstoffe herzustellen.In connection with the production of fuels from a variety of renewable resources, there are problems, namely, to achieve the desired properties of a particular fuel. Accordingly, a process is desired wherein renewable resources can be effectively used to produce high quality fuels.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Das Verfahren zur Herstellung von Biokraftstoff durch verzögertes Verkoken eines Rohstoffes betrifft, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das Mitverarbeiten einer festen Biomasse mit der frischen Kohlenwasserstoff-Zufuhr in einer herkömmlichen verzögerten Verkokungseinheit.The process of producing biofuel by retarded coking of a raw material, according to one embodiment of the invention, involves co-processing a solid biomass with the fresh hydrocarbon feed in a conventional delayed coking unit.
In einer Ausführungsform der beanspruchten Erfindung umfasst der Rohstoff der herkömmlichen verzögerten Verkokungseinheit eine Kohlenwasserstoff-Zufuhr wie Erdölrückstände mit oder ohne Destillate und ein festes Biomassematerial. In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung stammt das Biomassematerial aus Wasserpflanzen. Beispielsweise dienen Wasserpflanzen wie vorverarbeitete oder ganze Lemna als eine ergiebige Quelle für Lipide, Kohlehydrate, Proteinreste, Cellulose und andere organische Materialien, die das Potential besitzen, in Kohlenwasserstoffe umgewandelt zu werden. Das Vorverarbeiten von Lemna umfasst die Extraktion eines proteinreichen Stroms vor der Biomasse-Konversion in einem Koker. Andere Quellen für festes Biomassematerial, das in Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann, umfassen Materialen pflanzlicher Herkunft wie Sauergras, holzige Materialien, Ölsaaten und Materialien tierischer Herkunft wie Fette. In den Ausführungsformen der Erfindung können Biomassen verschiedenster Art und Herkunft verwendet werden.In one embodiment of the claimed invention, the raw material of the conventional delayed coking unit comprises a hydrocarbon feed such as petroleum residues with or without distillates and a solid biomass material. In certain embodiments of the invention, the biomass material is derived from aquatic plants. For example, aquatic plants such as pre-processed or whole lemna serve as a rich source of lipids, carbohydrates, protein residues, cellulose and other organic materials that have the potential to be converted to hydrocarbons. Preliminary processing of Lemna involves extraction of a high protein stream prior to biomass conversion in a coker. Other sources of solid biomass material that may be used in embodiments of the invention include materials of plant origin such as sour grass, woody materials, oilseeds, and animal derived materials such as fats. In the embodiments of the invention, biomasses of various kinds and origins can be used.
In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung wird die feste Biomasse in variierenden Anteilen mit Kohlenwasserstoffrückstand vermischt, und die resultierende Aufschlämmung wird in einem verzögerten Koker verkokt. Die Aufschlämmung kann im Abschnitt der Frischzufuhr der Einheit oder in der Kokstrommel während des Reaktionsstadiums gebildet werden. Der Volumenprozentsatz der Menge an fester Biomasse in der Aufschlämmung kann in Abhängigkeit vom Fassungsvermögen der Kokseinheit und ihrem Vermögen, das Biomassematerial zu handhaben, erhöht werden.In certain embodiments of the invention, the solid biomass is mixed in varying proportions with hydrocarbon residue, and the resulting slurry is coked in a delayed coker. The slurry may be formed in the fresh feed section of the unit or in the coke drum during the reaction stage. The volume percentage of the amount of solid biomass in the slurry may be increased depending on the capacity of the coker unit and its ability to handle the biomass material.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS OF THE INVENTION
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein verzögertes Verkokungsverfahren mit einer Aufschlämmung, die Kohlenwasserstoffe und ein festes Biomassematerial umfasst, in einem verzögerten Koker, wie in
In einer Ausführungsform der Erfindung wird dem Verkokungsverfahren eine Kohlenwasserstoff-Zufuhr durch das Flüssigkeitsreservoir am Boden eines Koker-Fraktionierers zugeführt. Der Fraktionierer dient als der Punkt, an dem verschiedene flüssige und gasförmige Produkte entnommen werden, beispielsweise Brenngas und LPG, leichtes Naphtha, schweres Naphtha, leichtes Gasöl, mittleres Gasöl und schweres Gasöl. Das Bodenprodukt aus dem Koker-Fraktionierer wird einem Koker-Erhitzer zugeführt, so dass die thermischen Krackreaktionen starten können. Der Auslauf aus dem Koker-Erhitzer wird dann in eine Kokstrommel weitergleitet, wo die Reaktionen des thermischen Krackens und Verkokens oder die Carbonisierung bis zur Vollständigkeit ablaufen und Koks und einen aus leichten Kohlenwasserstoffen bestehenden Auslauf aus der Kokstrommel (Koksdampf) erzeugen, der zum Koker-Fraktionierer weitergleitet wird. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Teil der kondensierten Flüssigkeiten recycelt und mit dem Zufuhrmaterial in den Koker-Erhitzer gepumpt werden.In one embodiment of the invention, the coking process is fed with a hydrocarbon feed through the liquid reservoir at the bottom of a coker fractionator. The fractionator serves as the point at which various liquid and gaseous products are withdrawn, for example, fuel gas and LPG, light naphtha, heavy naphtha, light gas oil, medium gas oil and heavy gas oil. The bottom product from the coker fractionator is fed to a coker heater so that the thermal cracking reactions can start. The effluent from the coker heater is then transferred to a coke drum where the reactions of thermal cracking and coking or carbonation are exhausted and produce coke and a light hydrocarbon effluent from the coke drum (coke vapor) leading to the coker breeze. Fractionator is passed on. In certain embodiments, a portion of the condensed liquids may be recycled and pumped with the feed material into the coker heater.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das feste Biomassematerial mit einer Zufuhr aus Kohlenwasserstoffrückstand vermischt und dem Koker-Fraktionierer zugeführt.In one embodiment of the invention, the solid biomass material is mixed with a hydrocarbon residue feed and fed to the coker fractionator.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann festes Biomassematerial während des Reaktions- oder Abschreckstadiums der Kokstrommel direkt zugesetzt werden.In another embodiment of the invention, solid biomass material may be added directly during the reaction or quenching stage of the coke drum.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann festes Biomassematerial, vorzugsweise in aufgeschlämmter Form, unter vorherigem Erhitzen direkt der Koker-Erhitzer-Zuleitung oder direkt der Kokstrommel zugesetzt werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das feste Biomassematerial der Zuleitung des Koker-Erhitzers ohne vorheriges Erhitzen zugeführt werden.In another embodiment of the invention, solid biomass material, preferably in slurried form, may be added, with prior heating, directly to the coker heater feed line or directly to the coke drum. In other embodiments of the invention, the solid biomass material may be supplied to the feed of the coker heater without prior heating.
Die aufgeschlämmte Biomasse kann stufenweise erwärmt und nach dem Erwärmen bei niedriger Temperatur schnell erhitzt werden, um die Befrachtung mit erzeugtem Wasser und sauren Kohlenwasserstoffen zu vermindern, die ansonsten im Hauptabschnitt des Koker-Fraktionierers, im Koker-Erhitzer, in den Kokstrommeln, den Fraktionierer-Gewinnungssystemen und den Raffinerie-Abfallsystemen behandelt werden müssten.The slurried biomass may be gradually heated and heated rapidly after being heated at low temperature to reduce charring with generated water and acid hydrocarbons otherwise present in the main section of the Koker fractionator, in the coker heater, in the coke drums, the fractionator Recovery systems and refinery waste systems.
Der Gewichtsprozentsatz der Menge an festem Biomassematerial relativ zum Rest der Aufschlämmung liegt in einem Bereich von 0,1% bis 60%. In einer Ausführungsform der Erfindung liegt ein bevorzugtes Gewicht der Menge der festen Biomasse relativ zum Rest der Aufschlämmung in einem Bereich von 10% bis 40%. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung liegt ein bevorzugtes Gewicht der Menge der festen Biomasse relativ zum Rest der Aufschlämmung in einem Bereich von 20% bis 40%. Der Anteil an Biomasse in der Aufschlämmung kann in Abhängigkeit des Fassungsvermögens der Koker-Einheit variieren. Eine Einheit mit geringem Fassungsvermögen kann in der Lage sein, zwischen 5 und 20 Gew.-% an Biomasse im Erdölrückstand aufzunehmen, wohingegen eine Einheit mit großem Fassungsvermögen in der Lage sein kann, zwischen 40 und 50 Gew.-% an festem Biomassematerial in der Aufschlämmung zu verarbeiten.The weight percentage of the amount of solid biomass material relative to the remainder of the slurry ranges from 0.1% to 60%. In one embodiment of the invention, a preferred weight of the amount of solid biomass relative to the remainder of the slurry ranges from 10% to 40%. In another embodiment of the invention, a preferred weight of the amount of solid biomass relative to the remainder of the slurry ranges from 20% to 40%. The amount of biomass in the slurry may vary depending on the capacity of the Koker unit. A low capacity unit may be capable of receiving between 5 and 20% by weight of biomass in petroleum residue, whereas a high capacity unit may be capable of between 40 and 50% by weight of solid biomass material in the petroleum residue Process slurry.
Da die Biomasse im Bereich von 0,1% bis 60% in den Koker-Zustrom eingeleitet wird, wird die Verkokung bei normalen Temperaturen und Drücken durchgeführt. In einem verzögerten Koker wird die Schwerölzufuhr, z. B. der Vakuumrückstand, bei einem Druck von etwa und vorzugsweise 300 bis 4000 kPa (etwas 44 bis 580 psig) zum Koker-Erhitzer gepumpt, wo sie auf eine Temperatur von etwa 460 C bis 530°C erhitzt wird. Sie wird dann in die Kokstrommel entladen, wo ein geringerer Druck vorherrscht, damit sich die flüchtigen Substanzen über Kopf entfernen lassen, typischerweise von 65 bis 1100 kPa (etwa 10 bis 58 psig) und vorzugsweise im Bereich von 100 bis 300 kPa (etwa 10 bis 160 psig). Typische Betriebstemperaturen des oberen Trommelteils liegen zwischen etwa 405°C und 460°C.As biomass in the range of 0.1% to 60% is introduced into the coker influx, coking is carried out at normal temperatures and pressures. In a delayed Koker the heavy oil supply, z. For example, the vacuum residue is pumped to the coker heater at a pressure of about and preferably 300 to 4000 kPa (slightly 44 to 580 psig) where it is heated to a temperature of about 460 ° C to 530 ° C. It is then discharged into the coke drum, where a lower pressure prevails to allow the volatiles to be removed overhead, typically from about 65 to 1100 kPa (about 10 to 58 psig) and preferably in the range of 100 to 300 kPa (about 10 to about 30 psig) 160 psig). Typical operating temperatures of the upper drum portion are between about 405 ° C and 460 ° C.
Eine Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung ist in
Wenn das verzögerte Verkokungsverfahren verwendet wird (Schritt
Wenn das Wirbelbett-Verkokungsverfahren in dem Wärmverarbeitungsschritt (Schritt
Typischerweise beginnt sich die feste Biomasse bei Temperaturen von so niedrig wie 200°C zu zersetzen. Allerdings wird die Stabilität der festen Biomasse während des Pyrolyseverfahrens nicht beeinträchtigt, da die Hauptreaktionen in der Kokstrommel stattfinden und endotherm sind.Typically, the solid biomass begins to decompose at temperatures as low as 200 ° C. However, the stability of the solid biomass is not affected during the pyrolysis process, since the main reactions take place in the coke drum and are endothermic.
In einer Ausführungsform der Erfindung erzeugen die Niedertemperatur-Biomasse-Zersetzungsreaktionen Reaktionswasser und eine Anzahl von potentiell wertvollen chemischen Spezies, darunter Essigsäure.In one embodiment of the invention, the low temperature biomass decomposition reactions produce water of reaction and a number of potentially valuable chemical species, including acetic acid.
Die Biomasse-Zersetzungsreaktionen in dem verzögerten Koker nehmen bei hohen Temperaturen in der Kokstrommel Einfluss auf die Gesamtreaktionsmasse. Das vorgelegte Reaktionsmaterial muss sich bei einer Temperatur befinden, die hoch genug ist, um die endotherme Zersetzungsreaktion der Biomasse zu überwinden. Diese Temperatur ist deutlich höher als es in einem herkömmlichen Koker erforderlich wäre und ist von der Menge an Biomasse in der zugeführten Mischung abhängig. Dies hat nicht nur auf den Betrieb einen Einfluss, sondern auch auf die Spezifikation der Wärmeübertragungsapparatur, typischerweise ein befeuerter Erhitzer, um ein höhere als normale Enthalpie zuzuführen.The biomass decomposition reactions in the delayed coker affect the total reaction mass at high temperatures in the coke drum. The submitted reaction material must be at a temperature high enough to overcome the biomass endothermic decomposition reaction. This temperature is significantly higher than would be required in a conventional coker and is dependent on the amount of biomass in the feed mixture. This has an impact not only on operation, but also on the specification of the heat transfer equipment, typically a fired heater, to deliver higher than normal enthalpy.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine alternative Konfiguration zur Mitverarbeitung von Biomasse in einem verzögerten Koker, wobei ein Vorreaktionsabschnitt entweder innerhalb oder außerhalb des Kokers liegt. Die Verwendung des Vorreaktionsabschnitts, entweder innerhalb oder außerhalb des Kokers, hätte die folgenden Vorteile:
- a. Entfernung einer signifikanten Menge an Reaktionswassser aus dem Kokerbetrieb, was das Verarbeiten der resultierenden Produkte vereinfacht.
- b. Es verringert den Einfluss der gesamten Enthalpievarianz im Vergleich zu Nichtbiomasse-Betrieben, die in dem Koker erforderlich ist.
- c. Entfernung und Gewinnung von wasserlöslichen Säure-Komponenten für den Koker. Die Komponenten könnten getrennt gewonnen werden, sollten sie sich als kommerziell attraktiv erweisen.
- d. Die Segregation des Säure-Wassers von den anderen Koker-Wasserströmen vereinfacht Korrosion und Behandlung der normalen Wasserströme in und aus dem verzögerten Koker.
- e. Das Vorreaktionssystem kann auf eine Anzahl von verschiedenen Wegen konfiguriert werden. Einige von diesen sind folgende:
- (1) Aufschlämmung mit heißem Erdöl-Rückstand und Abziehen des Wassers und der leichten Bestandteile unter Verwendung eines einfachen Gefäßes; und (2) Aufschlämmung mit heißem Erdölrückstand und Abziehen des Wassers und der leichten Bestandteile in einem Turmsystem.
- a. Removal of a significant amount of water of reaction from the coker operation, which simplifies the processing of the resulting products.
- b. It reduces the influence of total enthalpy variance compared to non-biomass operations required in the coker.
- c. Removal and recovery of water-soluble acid components for the coker. The components could be recovered separately should they prove commercially attractive.
- d. The segregation of acid water from the other coker water streams facilitates corrosion and treatment of the normal water flows in and out of the delayed coker.
- e. The pre-reaction system can be configured in a number of different ways. Some of these are the following:
- (1) Slurry with hot petroleum residue and remove the water and light components using a simple vessel; and (2) slurry with hot petroleum residue and stripping off the water and light components in a tower system.
ARBEITSBEISPIELEWORKING EXAMPLES
Die vorliegende Erfindung wird an Hand der nachstehend präsentierten Beispiele leichter verstanden und bewertet. Allerdings werden diese Beispiele nur als repräsentativ für den Umfang der vorliegenden Erfindung betrachtet und schränken die Erfindung keineswegs ein.The present invention will be more readily understood and appreciated by reference to the examples presented below. However, these examples are only to be considered representative of the scope of the present invention and by no means limit the invention.
Die getrocknete Lemna-Biomasse, die in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung als festes Biomassematerial verwendet wird, hat die folgende Zusammensetzung (in Gew.-%), wie in der Tabelle 1 aufgeführt, die in Abhängigkeit von Wachstumsoptimierung und Vorverarbeitungsgrad im Anschluss an die Proteinextraktion variieren kann. Tabelle 1
Die Lemna-Biomasse ist ein leichter flauschiger Feststoff mit einer Dichte von etwa 490 kg/m3. Sie kann zum Transport zur Raffinerie pelletisiert werden, um die hygroskopische Wasserabsorption zu minimeren, und stellt Leichtigkeit der Behandlung unter minimalem Stauben bereit. Die Biomasse enthält Lipide, Kohlehydrate, Proteinreste, Cellulose, und andere organische Materialien von für eine typische Erdöl-Raffinerie geringem oder keinem Interesse, mit der Ausnahme des Potentials, sie in Kohlenwasserstoffe und besonders wertvolle flüssige Transportkraftstoffe oder chemische Zwischenstufen umzuwandeln.The Lemna biomass is a light fluffy solid with a density of about 490 kg / m 3 . It can be pelletized for transport to the refinery to minimize hygroscopic water absorption, providing ease of treatment with minimal dusting. The biomass contains lipids, carbohydrates, protein residues, cellulose, and other organic materials of little or no interest to a typical petroleum refinery, with the exception of the potential to convert them to hydrocarbons and particularly valuable liquid transport fuels or chemical intermediates.
Kohlenwasserstoffe, die mineralischen Quellen entstammen, bestehen hauptsächlich aus organischen Verbindungen, wie Kohlenstoff und Wasserstoff, mit variierenden Mengen an schwefelhaltigen und stickstoffhaltigen Molekülen und sehr geringen Mengen an Sauerstoff, im Allgemeinen weniger als 0,5%, und Metallen. Der vorstehende Biomassetest zeigt im Vergleich zu typischem Erdölrückstand-Rohmaterial für einen verzögerten Koker sehr wenig Schwefel, viel Stickstoff und Metalle plus einen sehr hohen Sauerstoffgehalt. Das Biomasse-Kohlenstoff-zu-Wasserstoff-Gewichtsverhältnis (C:H) beträgt 7,6, beträgt aber nur 52 Gew.-% der Gesamtheit. Im Vergleich könnte ein typischer Schweröl-Rückstand, der einem kommerziellen verzögerten Koker zugeführt wird, einen Wasserstoffgehalt von 8,5 bis 11 Gew.-% mit einem C:H-Verhältnis in der Größenordnung von 8,5 bis 9,0 aufweisen. Dieses Verhältnis variiert durch Rohderivatisierung und Rückstandsverarbeitung stromaufwärts von dem verzögerten Koker signifikant. Durch Inspektion kann erwartet werden, dass die Ausbeute an flüssigen Kohenwasserstoffen aus der umzuwandelnden Biomasse in einem verzögerten Koker geringer ist als diejenige, die aus herkömmlichen Rückstandsausgangsmaterialien erhalten wird. Außerdem wäre die Umwandlung von komplexen biologischen organischen Feststoffkomponenten in nicht kondensierbare Gase, Flüssigkeiten und Koks (Kohle) in einem verzögerten Koker einmalig und die Reaktionen komplexer als diejenigen, die beim herkömmlichen Verkoken von flüssigen Erdölrückständen, sogar komplexen Rückständen, angetroffen werden.Hydrocarbons derived from mineral sources are mainly composed of organic compounds such as carbon and hydrogen, with varying amounts of sulfur-containing and nitrogen-containing molecules and very low levels of oxygen, generally less than 0.5%, and metals. The above biomass test shows very little sulfur, lots of nitrogen and metals plus a very high oxygen content, compared to typical lagoon raw oil for a delayed coker. The biomass carbon to hydrogen weight ratio (C: H) is 7.6 but is only 52% by weight of the total. In comparison, a typical heavy oil residue fed to a commercial delayed coker could have a hydrogen content of 8.5 to 11 wt% with a C: H ratio of the order of 8.5 to 9.0. This ratio varies significantly by raw derivatization and residue processing upstream of the delayed coker. By inspection, it can be expected that the yield of liquid hydrocarbons from the biomass to be converted in a delayed coker will be lower than that obtained from conventional residual starting materials. In addition, the conversion of complex biological organic solid components into non-condensable gases, liquids and coke (coal) in a delayed coker would be unique and the reactions more complex than those encountered in conventional coking of liquid petroleum residues, even complex residues.
Beispiel 1example 1
Der Lemna-Biomasserückstand wurde im Anschluss an die Proteinextraktion mit verschiedenen Erdölrückständen in einer verzögerten Pilot-Koksanlage mitverarbeitet, um den Beweis des Prinzips der Umwandlung der Biomasse zu Flüssigkeiten, die in einer Erdöl-Raffinerie brauchbar sind, zu liefern und um Informationen darüber zu ermitteln, wie sich die Reaktionen von der herkömmlichen Verkokung unterscheiden. Diese Arbeit wurde in mehreren Durchgängen vorgenommen, die jeweils die Verarbeitung von Erdöl-Standardrückständen umfassten, die im Basisbetrieb aus einer kommerziellen Raffinerie erhalten wurden. In weiteren Durchgängen wurde die Lemna-Biomasse mit dem Rückstand in variierenden Anteilen, die die Pilotanlagenapparatur handhaben konnte, vermischt, und die resultierende Aufschlämmung wurde verkokt. Jede Durchlaufserie wurde mit einem feststehenden Grundlinien-Rückstand vorgenommen, der auch das aufgeschlämmte flüssige Vehikel war. Zur Maximierung der Flüssigkeitsausbeuten erfolgte jeder Durchlauf bei Niederdruck von 15 psig und null Recycling, d. h. ohne Recycling. Die Zufuhren und Produkte wurden analysiert. Die Ergebnisse wurden der Überprüfung und Analyse unterzogen, und die Nettoausbeutenstruktur aus der Biomasse wurde durch Differenz bestimmt.The Lemna biomass residue was co-processed following protein extraction with various petroleum residues in a delayed pilot coke plant to provide evidence of the principle of biomass conversion to liquids useful in a petroleum refinery and to provide information on it how the reactions differ from conventional coking. This work was carried out in several runs, each involving the processing of petroleum standard residues obtained in the base operation from a commercial refinery. In further runs, the lemna biomass was mixed with the residue in varying proportions that the pilot plant apparatus could handle, and the resulting slurry was coked. Each run series was made with a fixed baseline residue, which was also the slurried liquid vehicle. To maximize liquid yields, each run was performed at low pressure of 15 psig and zero recycle, i. H. without recycling. The feeds and products were analyzed. The results were reviewed and analyzed, and the net yield structure from the biomass was determined by difference.
Aufschlämmungskonzentrationen mit 10 und 20 Gew.-% Biomasse im Erdölrückstand wurden getestet. Dies war die Grenze des Pilotanlage-Fassungsvermögens. Allerdings sind in einer kommerziellen Einheit, in Abhängigkeit von dem Fassungsvermögen der Einheit, höhere Konzentrationen bis zu 40 oder 50 Gew.-% oder mehr möglich.Slurry concentrations of 10 and 20 wt% biomass in petroleum residue were tested. This was the limit of pilot plant capacity. However, in a commercial unit, depending on the capacity of the unit, higher concentrations up to 40 or 50 wt% or more are possible.
Tabelle 2 nachstehend zeigt die Ergebnisse des Verkokens von Lemna-Biomasse als eine 10% Mischung mit einem leichten Vakuumrückstand. Tabelle 2 Ausbeute und Elementzusammensetzung von Lemna-Biomasse-Verkokungsprodukten
Die Ergebnisse über variierende Serien und mit verschiedenen Vakuumrückständen, die verarbeitet wurden, waren ähnlich. Die Schwankung bei Gesamt beruhen auf (1) ”Rauschen” in Ausbeute, Rückgewinnung und Analyse durch Differenzbildung; (2) Reproduzierbarkeit und Wiederholbarkeit der Zufuhrprodukt-Testung und (3) kleineren Daten-Schönungsversuchen durch die Forscher.The results on varying series and with different vacuum residues processed were similar. The variation in total is due to (1) "noise" in yield, recovery and differential analysis; (2) Reproducibility and repeatability of feed product testing and (3) smaller data fining trials by the researchers.
Die Lemna-Biomasse vermischt sich gut mit dem Erdöl-Vakuumrückstand. Die Biomasse hat eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 100 bis etwa 150 μm, und die Schüttdichte beträgt etwa 490 kg/m3. Wenn die Biomasse pelletisiert wird, um einen wenig umweltbelastenden, sichereren und zweckmäßigeren Transport bereitzustellen, werden Zerquetschen und Mahlen verwendet, um die kleinen Teilchen zur Testung zu erzeugen. Das Mischen wird durch Mahlen zu kleineren Teilchen, ca. 50 μm im Durchschnitt, verbessert.The lemna biomass mixes well with the petroleum vacuum residue. The biomass has an average particle size of about 100 to about 150 microns, and the bulk density is about 490 kg / m 3 . When the biomass is pelletized to provide a less polluting, safer and more convenient transport, crushing and milling are used to produce the small particles for testing. The mixing is improved by milling into smaller particles, about 50 microns on average.
Das Prinzip des Abbaus von fester Biomasse durch Verkoken zu Gas, Flüssigprodukten und Koks wird wirksam gezeigt, d. h. das Prinzip wird bewiesen. Es werden insbesondere Flüssigprodukte zur Weiterverarbeitung in einer Erdölraffinerie in beträchtlicher Menge erzeugt.The principle of solid biomass degradation by coking to gas, liquid products and coke is effectively demonstrated, i. H. the principle is proved. In particular, liquid products for further processing in a petroleum refinery are produced in considerable quantities.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das produzierte Gas fast nur CO2, mit kleineren Mengen an Wasserstoff und leichten Kohlenwasserstoffen (Methan, Ethan, Ethen, etc.).In one embodiment of the invention, the gas produced is almost only CO 2 , with minor amounts of hydrogen and light hydrocarbons (methane, ethane, ethene, etc.).
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein hoher Prozentsatz an leichtem Gas produziert, von über 20%, im Vergleich zu den typischen 8 bis 10%, die üblich sind, wenn reine Erdölrückstände verkokt werden. Ein hoher Prozentsatz des Biomasse-Stickstoffsgehalts reagiert unter Bildung von Ammoniak.In one embodiment of the invention, a high percentage of light gas is produced, over 20%, compared to the typical 8 to 10% that are common when pure petroleum residues are coked. A high percentage of the biomass nitrogen content reacts to form ammonia.
Es zeigt sich, dass der relativ hohe Sauerstoffgehalt der Biomasse relativ zu verzögertem Erdöl-Koksrohstoff hauptsächlich zu Gas als CO2 und Wasser mit einer relativ hohen Menge an Sauerstoff in dem Koks reagiert. Das Flüssigprodukt hat relativ zu Flüssigprodukt, das aus einer Verkokungszufuhr aus Erdölrückstand erzeugt wird, eine hohe Menge an Sauerstoff. Allerdings ist der Wert im Vergleich zu dem Gesamtbiomasse-Sauerstoffgehalt gering und wenn im Betrieb mit der Flüssigkeit, die aus dem Erdölrückstand erzeugt wird, verdünnt wird, wird die Beeinträchtigung anderer Raffinerieprozesse, wie Hydrierung, abgeschwächt.It turns out that the relatively high oxygen content of the biomass relative to delayed petroleum coke feed reacts mainly to gas as CO 2 and water with a relatively high amount of oxygen in the coke. The liquid product has a high amount of oxygen relative to liquid product produced from a petroleum residue coking feed. However, the value is low compared to the total biomass oxygen content, and when diluting in operation with the liquid produced from the petroleum residue, the degradation of other refinery processes, such as hydrogenation, is mitigated.
Reaktionenreactions
Der Sauerstoff reagiert mit koksbildenden Komponenten in der Zufuhr und ergibt Koks mit höherem Sauerstoffgehalt und macht den Koks isotroper. Dieser Befund könnte verwendet werden, indem begrenzte, geringe Biomasseraten zugemischt werden, um die isotrope Natur zu verbessern, die die Zerreibbarkeit und Härte von Anoden-Spezialkoks beeinflusst. Während des Testens von Gemischen von 10 Gew.-% und 20 Gew.-% Biomasse im Erdölrückstand waren wir in der Lage, die physikalische Koksstruktur signifikant zu beeinflussen. Koks, der ohne irgendeine Biomasse in der Zufuhr erzeugt wurde, hat eine Schwammstruktur, die mit gutem Anodenkoks einhergeht, wenn ein zur Anodenkoksherstellung bekannter Erdölrückstand eingesetzt wurde. Der mit 10% und 20% Biomasse in der Zufuhrmischung erzeugte Koks war sehr dicht und zeigte geringe Porosität, in Einklang mit hochisotroper Schrot-Koksstruktur. Dieses Phänomen erklärt sich durch den hohen Gehalt an freigesetzten Sauerstoffverbindungen in der Biomasse, die mit den koksbildenden Materialien in den Bioteeren und im Erdölrückstand reagieren.The oxygen reacts with coke-forming components in the feed and gives cokes of higher oxygen content and makes the coke more isotropic. This finding could be used by admixing limited, low biomass data to enhance the isotropic nature which affects the friability and hardness of anode specialty coke. While testing blends of 10 wt.% And 20 wt.% Biomass in petroleum residue, we were able to significantly influence the physical coke structure. Coke produced without any biomass in the feed has a sponge structure that is associated with good anode coke when using a petroleum residue known for producing anodic coke. The coke produced with 10% and 20% biomass in the feed mixture was very dense and showed low porosity, consistent with highly isotropic shot coke structure. This phenomenon is explained by the high content of released oxygen compounds in the biomass, which react with the coke-forming materials in the bioteids and in the petroleum residue.
Obwohl die vorliegende Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsform und mit repräsentativen Beispielen beschrieben wurde, wird hierin das Grundkonzept, an dem sich die vorliegende Erfindung ausrichtet, eines Verfahrens zur Herstellung von Biokraftstoffen aus der Mitverarbeitung von Biomasse zusammen mit Kohlenwasserstoff-Rohstoff in einer verzögerten Verkokungseinheit auf eine Weise beschrieben, die es einem Fachmann erlauben würde, Variationen, Modifikationen, Änderungen, Anpassungen und Substitutionen praktisch umzusetzen, die mit dem behandelten Gegenstand vereinbar sind, und doch ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen dargestellt.Although the present invention has been described in its preferred embodiment and with representative examples, herein the basic concept to which the present invention is based is a method of producing biofuels from co-processing of biomass together with hydrocarbon feedstock in a delayed coker unit A way in which a person skilled in the art would be able to practice variations, modifications, changes, adaptations and substitutions that are consistent with the subject matter discussed and yet depart from the spirit and scope of the present invention as set out in the appended claims.
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